多天线技术
多天线技术综述
一、引言
进入21世纪后，无线通信网络技术高速发展，同时无线通信网络中数据业务迅速增长。根据业界的普遍预测，在未来10年间里，数据业务将以每年1.6
2倍的速率增长，预计到2020年通信网络的容量需求将是目前的1000倍[1]，这无疑给整个无线通信网络带来了巨大的挑战。而多天线技术作为一种增强通信系统的方法，很早就应用到了无线通信网络中，且其价值也在无线通信领域得到了认可。研究表明，作为多天线技术之一的多进多出MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术能够很好的提高无线通信系统的频谱利用率。采用MIMO 技术在室内传播环境下的频谱效率能够达到2040bit/s/Hz，而使用传统的无
线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为15bit/s/Hz，在点对点的固定微波
系统中也只有1012bit/s/Hz[2]。由此可见，多天线技术能够在不增加功率和带宽资源的前提下有效的提高无线网络的频谱效率。
多天线技术主要是指智能天线技术和MIMO技术。基于WCDMA, CDMA2000和TD-SCDMA技术的第三代移动通信系统应用的多天线技术主要是智能天线技术[3]。智能天线技术可以克服多用户间的干扰，通过空分多址增加频谱效率和信道容量；并且能够有效的抵抗多径衰落的影响，从而提高通信质量；同时，对功率的控制也可以通过在网络建设初期增加基站的覆盖范围来实现。因此，应用到支持多种业务的第三代移动通信系统中，很好的提高了传输速率，增加了频谱宽度，从而使通信服务质量得到了极大的提高。而MIMO技术是在3G向LTE（Long Term Evolution）演进中被引入的，它和正交频分复用技术0FDM相结合在LTE中起到了巨大的作用。第四代移动通信系统应用的多天线技术是智能天线技术和MIMO
技术的结合，两者的结合使第四代移动通信系统在不占用额外的频谱和传输功率的前提下大大增加了传输速率和传输的可靠性[4]。据专家预测，能够高效处理特性差异巨大的各种业务的下一代移动通信系统5G（IMT-2020）将使用大规模天
线技术[5]，大规模天线技术在5G中的引入将使系统的传输速率大大的提升，它
将是5G通信中具有革命性的技术之一。
二、多天线技术的研究
多天线技术，确切的说是对发射与接收信号进行空域的处理，如果与时域相结合，变成为空时信号处理技术，通过空时信号的处理来提高系统的容量与质量[6]。多天线技术最早应用与雷达和声呐信号处理中，由于移动通信中服务用户的增多，频率资源的日趋紧张，用户速度需求的逐渐增加，传统的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）这些时频域的信号处理技术已经不能满足需求。于是多天线技术就应用到了现代移动通信中。
1、研究背景
自从马可尼在1895年发明第一台传送无线信号的机器后，无线通信技术便开始迅速发展。特别是进入21世纪后，在新技术革命和全球信息高速公路建设浪潮的影响下，无线通信技术的发展更出现突飞猛进的势头。
20世纪70年代末，人们进入了第一代无线通信技术时代，该技术是以频分多址为基础的模拟式移动通信系统。由于受频谱利用率低的限制，第一代无线通信只能传输语音信号，对于传输大数据只能是可望而不可即。
20世纪80年代后期，人们进入了以数字移动通信技术为标准的第二代无线通信技术时代。在这一时代，研究人员利用时分多址和码分多址技术，提高了频谱利用率，支持更大的信道容量，它能达到的最大传输速率为32kbps[7]。在此基础上，移动通信公司推出了GPRS和EDGE等更加先进技术，使移动传输速率提高到了上百kbps，也有人称这时为2.5代移动通信技术。
进入21世纪后，为了进一步增加移动通信的信道容量，基于WCDMA,CDMA2000和 TD-SCDMA技术的第三代无线通信技术开始崭露头角。第三代移动通信技术支持多种业务，提高了传输速率，增加了频带宽度，并且服务质量更高，成本低。但是,无线通信技术仍然面临有哏的频谱以及越来越复杂的实时信道环境,如衰减和多径效应等。因此在不占用额外的频谱和传输功率的前提下增加系统的传输速率和传输的可靠性变得至关重要。在这种情况下,基于多输入多输出技术的第四代无线通信技术诞生了,其传输速率可达1Gbps[8]。
作为无线通信系统的关键部件,天线是福射与接收电磁波的重要系统部件,无线数据的传输都是依靠天线来完成的。天线的性能,对整个移动通信系统起着决定性的作用。并且随着现代通信技术的不断发展，如何降低多径衰落和天线间
的干扰对传输速率和频谱带宽的影响，提升整个的网络吞吐量从而提高通信质量是多天线技术急需解决的问题，值得人们进行研究。
2、研究现状及成果
多天线技术主要指智能天线技术和多进多出MIMO技术。下面将对智能天线技术和多进多出MIMO技术的发展、研究现状及成果进行阐述。
（1）智能天线技术
智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。智能天线采用空分复用(SDMA)，利用在信号传播方向上的差别，将同频率、同时隙的信号区分开来。智能天线的产生是建立在对阵列天线发送或接收信号的空时处理，为系统的设计带来了更多可以利用的空间自由度，从而大大提高系统性能。这项创新最早应用在军事领域中的雷达系统[9]。由于受限于当时芯片技术和数字信号处理技术，直到20世纪90年代，随着高速低成本数字处理芯片的产生，智能天线才从军用发展到更广阔的移动通信系统中。智能天线引入到移动通信系统中克服了信道带宽资源有限的缺点，更好的满足了日益增长的移动用户的需求，在提高信道容量、频谱效率、覆盖范围、自动跟踪移动用户和补偿传播中的电磁扭曲等方面表现出了优越的性能。
自从智能天线技术应用到移动通信系统中，各国就开始对它进行了广泛的研究，并取得了一些成果。欧洲通信委员会在DECT（数字增强无线通信）基本上搭建了智能天线实验平台，对智能天线的相关算法进行了现场测试。美国Redcom 公司在时分多址PHS系统中采用了智能天线。日本ATR光电通信研究所通过波束空间处理研究了多波束智能天线，并将软件无线电的概念与智能天线结合[10]。在我国，北京信威通信技术公司早在1997年就开始了智能天线的研究与推广，其成功的研发出了SCDMA无线用户环路系统并推向市场。作为我国自主知识产权的3G系统，TD-SCDMA系统采用了TDD（时分双工）模式与智能天线技术相结合。TD-SCDMA系统的智能天线是有8个天线单元的通信阵列组成的，直径为25cm。同全方向天线相比，它可获得较高的增益。其原理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图，使用DSP( 数字信号处理器) 使主瓣自适应地指向移动台方向，就可达到提
高信号的载干比，降低发射功率等目的。智能天线的上述性能允许更为密集的频率复用，使频谱效率得以显著地提高[11]。
（2）多进多出MIMO技术
多进多出MIMO技术是指在通信系统的发射端和接收端同时使用多个天线的技术，该技术是一项运用于802.11n的核心技术[12]。它最早是由Marconi于1908年提出的，利用多天线来抑制信道衰落。1970年，MIMO技术被首次引入到通信系统中，现在在第四代移动通信技术标准中被广泛使用。该技术可以对具有丰富散射环境的信道进行积极的利用，实现系统收发的空间复用与分集，从而使无线链路容量大幅度提高。
MIMO 技术在通信层面的应用主要分为空分复用、空间分集、波束成型和预编码四个方面[13]。其中，空分复用工作在MIMO天线配置下，能够在不增加带宽的条件下成倍的提升信息传输速率，从而能够极大的提高频谱利用率。在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同，即能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送的信号之间能够相互区别，因此接收机能够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外的频率或者时间资源。空间复用技术在高信噪比条件下能够极大提高信道容量，并且能够在发射端无法获得信道信息的条件下使用。然后，空间分集技术是指利用发射或接收端的多根天线所提供的多重传输途径发送相同的资料，来增强资料的传输品质。而波束成型技术是借由多根天线产生一个具有指向性的波束，将能量集中在欲传输的方向，增加信号品质，并减少与其他用户间的干扰。最后，预编码主要是通过改造信道的特性来实现性能的提升。上述MIMO技术的四个方面相互配合应用能够更好的提升通信系统的性能。
近年来，许多国内外学者对MIMO技术的理论、性能、算法以及具体实现方法等各方面进行了研究，尤其在理论和性能方面已经发表了很多成果。Bell实验室的BLAST (Bell-Laboratories layered space-time)系统是最早研制的MIMO 实验系统[14],也是领先的MIMO应用技术。BLAST系统就是利用每对发送和接收天线上信号特有的“空间标识”,在接收端对其进行“恢复”。且该系统的工作频率为1.9GHz, 使用8个发射天线和12个接收天线,采用D-BLAST算法,使频谱利用
率达到了25.9bits/s/Hz。更可喜的是在2002年贝尔实验室制造出了世界上第
一颗BLAST芯片,这种芯片可支持最高4x4的天线布局,可处理的最高数据速率达到19.2Mbps。除此之外，朗讯公司还完成了曼哈顿城市环境下的MIMO天线的测试[15]：在信噪比为lOdB的情况下,测得的信道容量为35bit/s/Hz。2003年8
月,Airgo Networks推出了其号称是世界上第一款集成了多输入多输出技术的批量上市芯片组——AGN100Wi-Fi。AGN100使用了三个5GHz和三个2.4GHz天线,
保持与所有常用Wi-Fi标准的兼容性,并支持802.11a, b和g模式,还可以和以前的802.11设备通讯。AGN100将现在Wi-Fi速率提高到每信道108Mbps[16]。
鉴于学者们对MIMO技术成功的研究和测量，工业界也开始将MIMO技术规范化和商业化。其中，Wimax(全球互通微波存储)、WLAN (无线局域网络)和LTE(3Gpp 的长期演进)是三个应用最广泛的MIMO技术标准[17]。在这些标准中，当属无线局域网中的IEEE802.11应用的最早。现在，基于MIMO技术的产品已经越来越广泛的应用于通信领域中。同时，MIMO技术与OFDM技术的协同使用，使Wimax和WLAN 利用高速带宽互联，提供可靠的无线宽带覆盖，并支持视频通信。显然，MIMO
技术已经成为移动通信技术发展进程中炙手可热的课题。
三、目前的研究热点及难点问题
目前国内外学者对多天线技术的研究更偏向于对多进多出MIMO技术的研究。3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)机构在LTE的R8中就引入了MIMO技术，并且随着LTE/LTE-A的技术演进对MIMO技术的研究会逐步增强[18]。在LTE R8中，MIMO的上行方向是终端单天线发送、基站多天线接收，在下行方向引入了7种天线模式，这7种模式分别起着单发单收、发送分集、开环空分复用、闭环空间复用和多用户MIMO等功能。在R9中引入了第8种下行传输模式，形成了双流波束赋形技术。双流波束赋形技术是智能天线波束赋形技术和MIMO
空间复用技术的有效的结合在TD-LTE系统中，利用TDD信道的对称性，同时传输两个赋形数据流来实现空间复用，并且能够保持传统单流波束赋形技术广覆盖，提高小区容量和减少干扰的特性，既可以提高边缘用户的可靠性，同时又能有效提升小区中心用户的吞吐量。在R10中，通过引入8端口导频以及多颗粒度双级码本结构提高CSI测量与反馈精度；通过导频的测量与解调功能的分离有效地控制导频开销；通过灵活的导频配置机制为多小区联合处理等技术应用创造条件；
基于新定义的导频端口以及码本，能够支持最多8层的SU-MIMO传输。R10的上行链路中开始引入空间复用技术，能够支持最多4层SU-MIMO[19]。在R11中，多天线技术也是支持最大8端口的水平维度波束赋形技术，其系统容量还有很大的提升潜力。在R12中，3GPP开始对3D-MIMO进行研究，通过探索如何利用垂直方向的空间特性，获得额外的空间自由度，来提升整个网络的吞吐量。
整个多天线技术的核心是充分利用空间自由度。然而，当前多天线技术的设计主要是集中在水平方向，并且天线和基站架构很难在用户级对信号的垂直维度进行控制，主要由于LTE系统无法在基带直接调整每个阵子的加权系数，因此垂直维度对信号功率分布的调整就受到一定的限制，从而导致无法利用信道垂直维度的自由度。这个致命的缺陷制约多天线技术的进一步发展[20]。有源天线技术的成熟将为未来多天线技术的进一步发展奠定基石[21]。
四、发展方向
当前无线业务正经历着从传统电路域语音、短信向高速视频和多媒体业务发展的过程。这种发展趋势对无线通信提出高达每秒数百兆，甚至上千兆比特的高速分组数据传输需求。在无线频谱资源日趋紧张的情况下，需要进一步挖掘利用空间无线资源，显著提高频谱利用率。同时，由于人们对绿色无线通信的期待，需要进一步显著提高无线资源的功率利用率，实现绿色宽带移动通信需求。2010年底，贝尔实验室科学家Thomas L.Marzetta 提出大规模多天线系统（Massive MIMO）概念。大规模多天线系统是一种从根本上挖掘利用空间无线资源，实现干扰抑制，从而达到更高的频谱效率和功率效率的方式。同时，引入有源天线阵列，基站侧可支持的协作天线数量将达到128根。此外，原来的2天线阵列拓展成为3D天线阵列，形成新颖的3D-MIMO技术，支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将进一步改善无线信号覆盖性能[22]。
多天线技术经历了从无源到有源，从二维（2D）到三维（3D），从高阶 MIMO 到大规模阵列多天线系统的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前5G技术重要的研究方向之一。未来的多天线技术主要向着更大的波束赋形/预编码增益、更多的空间复用层数(MU/SU)及更小的层间干扰、更全面的覆盖和更小的站点间干扰等方向发展。
五、参考文献
[1]易芝玲，潘振岗.技术研究有序推进，5G发展序幕初启[J].技术专题，2014,3:
15～19.
[2]任立刚,宋梅,郗松楠.移动通信中的MIMO技术[J].现代电信科技，2004，1:
42～45.
[3]庄铭杰，林比宏.第三代移动通信智能天线的研究现状及发展趋势分析[J].电
讯技术，2002.
[4] 黄静，朱欣远.4G移动通信关键技术及其展望探究[J].新技术，2013.
[5]冯岩.5G研发争分夺秒[J].中国电子报，2014.
[6]梁书华.多天线技术概述[J].2011，4：23～28.
[7]葛利嘉,路鸣.蜂窝通信的空分多址的概念、算法和性能[J].通信学报, 1999.
[8]郭鑫.第四代移动通信(4C)关键技术[J].信息技术,2011.
[9] HAYKIN S,STEINHARDTA. Adaptive Radar Detection and Estimation[M].
New York:Wiley1992: 38-57.
[10]宋明燕,肖杨.移动通信系统中的智能天线技术[J].无线电工程.2001(31).
[11]杨波，刘聪峰.3G系统TD-SCDMA的智能天线技术[J].硅谷动力,2007.
[12] 常永宇，章健. MIMO技术在无线通信系统中的应用[J]. 现代电信科技.2004.
[13] A. F. Molisch, Chichester, West Sussex. Wireless Communication[J],Commu-
nication Technology, 2011:46-49.
[14] C. C. Martin, J. H. Winters,and N. R. Sollenberger, MIMO radio channel measu-
rements[C]. IEEE Vehicular Technology Conference, 2000: 774-779.
[15]D. Chizhik,J. Ling, P. W. Wolniansky, R. A. Valenzuela, N. Costa, and K. Huber.
Multiple-input-multiple-output measurements and modeling in Manhattan[J].IE- EE Journal on Selected Areas in Communications,2003, 4: 321-331.
[16] D_ P. McNamara, M. A. Beach, and P. N. Fletcher. Experimental investigation
of the temporal variation of MIMO channels[J]. IEEE 54th Vehicular Technolo- gy Conference,2011,6:1063-1067.
[17] 苏听.MIMO 无线通信系统中若干问题的研究[D].西安：西安电子科技大学，
2011.
[18]3GPP TR 37.840 Technical Specification Group Radio Access Network.Study of
AAS Base Station[J].Technology,2012.
[19]赵旭凇，张新程，徐德平，张炎炎. TD- LTE 无线网络规划及性能分析[J].
电信工程技术与标准化,2010,11: 32～36.
[20] 许森，张光辉，曹磊.大规模多天线系统的技术展望[J].电信技术,2013.
[21] 杨涛,谢伟良,朱雪田.有源天线在移动通信系统中的应用研究[J].电信科学，
2011.
[22]鲁照华.基于大规模天线阵列的多天线传输技术[C].技术工作组第2次会议,2013.
一个处处像别人表明自己优秀的，恰恰证明了他（她）并不优秀，或者说缺什么，便炫耀什么。
真正的优秀，并不是指一个人完美无缺，偶像般的光芒四射。而是要真实地活着，真实地爱着。
对生活饱有热情，满足与一些小确幸，也要经得起诱惑，耐得住寂寞，内心始终如孩童般的纯真。
要知道，你走的每一步，都是为了遇见更好的自己，都是为了不辜负所有的好年华。
一个真实的人，一定也是个有担当的。
不论身处何地，居于何种逆境，他（她）们都不会畏惧坎坷和暴风雨的袭击。因为知道活着的意义，就是真实的直面风浪。
生而为人，我们可以失败，却不能败的没有风骨，甚至连挑战的资格都不敢有。
人当如玉，无骨不去其身。生于尘，立于世，便该有一颗宽厚仁德之心，便有一份容天下之事的气度。
一个真实的人，但是又不会过于执着。
因为懂得，水至清则无鱼，人至察则无徒的道理。完美主义者最大的悲哀，就是活得不真实，不知道审时度势，适可而止。
一扇窗，推开是艳阳天，关闭，也要安暖向阳。不烦不忧，该来的就用心珍惜，坦然以对；要走的就随它去，无怨无悔。
人活着，就是在修行，最大的乐趣，就是从痛苦中寻找快乐。以积极的状态，过好每一天，生活不完美，我们也要向美而生。
一个真实的人，一定是懂爱的。
时光的旅途中，大多数都是匆匆擦肩的过客。只有那么微乎其微的人，才可以相遇，结伴同行。而这样的结伴一定又是基于志趣相投，心性相近的品性。
最好的爱，不是在于共富贵，而是可以共患难，就像一对翅膀，只有相互拥抱着才能飞翔。爱似琉璃，正是因为纯粹干净，不沾染俗世的美。
懂爱的人，一定是真实的人。正是因为懂得真爱的不易，所以更是以真面目面对彼此，十指紧扣，甘愿与爱的人把世间各种风景都看透，无论风雨，安暖相伴。
一个真实的人，定然是有着大智慧的。
人生在世，什么都追求好，追求完美，虽然这是一种积极的思想，却会很累，不仅自己累，身边人也会因为你而累。到最后就会在疲于奔命中，丧失自我。
“兰居幽谷，虽孤独亦芬芳；梅开偏隅，虽寂静亦流香，”这便是一份淡泊和沉稳。一些事尽力了就好，无愧别人，无愧己心，认真地活着，便是不辜负。
因为懂得，人生的风景，最终是回归到心灵的本源。和谐共生，平等友爱，才是对生命的尊重和对自己的珍视。
智能天线技术的工作原理概要
智能天线技术的工作原理 智能天线技术的工作原理,特征和技术优势分析 智能天线(SmartAntenna或IntelligentAntenna)最初应用于雷达,声纳及军用通信领域.近年来,现代数字信号 处理技术发展迅速,DSP芯片处理能力的不断提高和芯片价格的不断下降,使得 利用数字技术在基带形成天线波束成为可行,促使智能天线技术开始在.采用波束空间处理方式可以从多波束中选择信号最强的几个波束,以取得符合质量要求的信号,在满足阵列接收效果的前提下减少运算量和降低系统复杂度.波束赋型算法概况 智能天线技术研究的核心是波束赋型的算法.从是否需要参考信号(导频序列或导频信道)的角度来划分,这些算法可分为盲算法,半盲算法和非盲算法三类.非盲算法是指须借助参考信号的算法.由于发送时的参考信号是预先知道的,对接收到的参考信号进行处理可以确定出信道响应,再按一定准则(如著名的迫零准则)确定各加权值,或者直接根据某一准则自适应地调整权值(也即算法模型的抽头系数),以使输出误差尽量减小或稳定在可预知的范围内.常用的准则有 MMSE(最小均方误差),LMS(最小均方)和RLS(递归最小二乘)等等;而自适应调整则采取最优化方法,最常见的就是最大梯度下降法.盲算法则无须发送参考信号或导频信号,而是充分利用调制信号本身固有的,与具体承载信息比特无关的一些特征(如恒包络,子空间,有限符号集,循环平稳等)来调整权值以使输出误差尽量小.常见的算法有常数模算法(CMA),子空间算法,判决反馈算法等等.常数模算法利用了调制信号具有恒定的包络这一特点,具体又分最小二乘CMA算法,解析CMA算法,多目标LS-CMA算法等;子空间算法则将接收端包含有其它用户干扰及信道噪声的混合空间划分为信号子空间和噪声子空间,对信号子空间进行处理;判决反馈算法则由收端自己估计发送的信号,通过多次的迭代,使智能天线输出向最优结果不断逼近.非盲算法相对盲算法而言,通常误差较小,收敛速度也较快,但发送参考信号浪费了一定的系统带宽.为此,学者们又发展了半盲算法,即先用非盲算法确定初始权值,再用盲算法进行跟踪和调整.这样做一方面可综合二者的优点,一方面也是与实际的通信系统相一致的,因为通常导频信息不是时时发送而是与对应的业务信道时分复用的.智能天线的优点 智能天线可以明显改善无线通信系统的性能,提高系统的容量.具体体现在下列方面: 提高频谱利用率.采用智能天线技术代替普通天线,提高小区内频谱复用率,可以在不新建或尽量少建基站的基础上增加系统容量,降低运营商成本. 迅速解决稠密市区容量瓶颈.未来的智能天线应能允许任一无线信道与任一波束配对,这样就可按需分配信道,保证呼叫阻塞严重的地区获得较多信道资源,等效于增加了此类地区的无线网络容量. 抑制干扰信号.智能天线对来自各个方向的波束进行空间滤波.它通过对各天线元的激励进行调整,优化天线阵列方向图,将零点对准干扰方向,大大提高阵列的输出信干比,改善了系统质量,提高了系统可靠性.对于软容量的CDMA系统,信干比的提高还意味着系统容量的提高. 抗衰落.高频无线通信的主要问题是信号的衰落,普通全向天线或定向天线都会因衰落使信号失真较大.如果采用智能天线
MIMO技术详解
MIMO技术详解 1．介绍 随着无线通信系统的充分发展，语音业务已经不能够满足人们对高速数据业务的要求。提供网页浏览、多媒体数据传输以及其他类型的数据业务是发展无线通信系统和服务的一个重要目的。特别是，基于码分多址的第三代移动通信系统。虽然已经提出多种利用现有无线资源(诸如码道、时隙、频率等)提高数据传输速率的建议，但是其只不过是以语音容量换取数据容量的方法。随着MIMO的技术的出现，一种利用多个发射天线、多个接收天线进行高速数据传输的方法已经被提出，并成为未来无线通信技术发展的一种趋势。最早提出MIMO概念的是Telatar和Foschini，其中Foschini等人提出的BLAST结构是典型的利用MIMO技术进行空间多路复用的技术。已经证明，具有M个发射天线以及P 个接收天线的MIMO系统，在P≥M的情况下几乎可以使得信道容量提高到原来的M倍。 传统的MIMO系统均是非扩频的系统，而第三代移动通信系统是基于CDMA技术的扩频系统。可以采用码复用(Code-Reuse)方式把MIMO技术与CDMA系统结合起来，从而有效地提高其高速下行分组接入(HSDPA)的总体数据速率。同样，TD-SCDMA系统也可以采用码复用的方式来应用MIMO技术，本文给出了一种TD-SCDMA系统的MIMO技术解决方案。这样，TD-SCDMA系统将既可以应用智能天线技术，也可以应用MIMO天线技术，本文将初步分析应用MIMO技术之后对智能天线技术的影响。 2．MIMO技术概述 MIMO技术大致可以分为两类：发射/接收分集和空间复用。传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落。具有相同信息的信号通过不同的路径被发送出去，在接收机端可以获得数据符号多个独立衰落的复制品，从而获得更高的接收可靠性。举例来说，在慢瑞利衰落信道中，使用1根发射天线n根接收天线，发送信号通过n个不同的路径。如果各个天线之间的衰落是独立的，可以获得最大的分集增益为n，平均误差概率可以减小到，单天线衰落信道的平均误差概率为。对于发射分集技术来说，同样是利用多条路径的增益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天线n根接收天线的系统中，如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落，可以获得的最大分集增益为mn。智能天线技术也是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效的提高天线增益，降低用户间的干扰。广义上来说，智能天线技术也可以算一种天线分集技术。 分集技术主要用来对抗信道衰落。相反，MIMO信道中的衰落特性可以提供额外的信息来增加通信中的自由度(degrees of freedom)。从本质上来讲，如果每对发送接收天线之间的衰落是独立的，那么可以产生多个并行的子信道。如果在这些并行的子信道上传输不同的信息流，可以提供传输数据速率，这被成为空间复用。需要特别指出的是在高SNR 的情况下，传输速率是自由度受限的，此时对于m根发射天线n根接收天线，并且天线对之间是独立均匀分布的瑞利衰落的。 根据子数据流与天线之间的对应关系，空间多路复用系统大致分为三种模式：D-BLAST、V-BLAST以及T-BLAST。 D-BLAST最先由贝尔实验室的Gerard J. Foschini提出。原始数据被分为若干子流，每个子流之间分别进行编码，但子流之间不共享信息比特，每一个子流与一根天线相对应，但是这种对应关系周期性改变，如图1.b所示，它的每一层在时间与空间上均呈对角线形状，称为D-BLAST(Diagonally- BLAST)。D-BLAST的好处是，使得所有层的数据可以通过不同的路径发送到接收机端，提高了链路的可靠性。其主要缺点是，由于符号在空间与时间上呈对角线形状，使得一部分空时单元被浪费，或者增加了传输数据的冗余。如图1.b所示，在数据发送开始时，有一部分空时单元未被填入符号(对应图中右下角空白部分)，为了保证D-BLAST的空时结构，在发送结束肯定也有一部分空时单元被浪费。如果采用burst模式的数字通信，并且一个burst的长度大于M(发送天线数目)个发送时间间隔，那么burst的长度越小，这种浪费越严重。它的数据检测需要一层一层的进行，如图1.b所示：先检测c0、c1和c2，然后a0、a1和a2，接着b0、b1和b2…… 另外一种简化了的BLAST结构同样最先由贝尔实验室提出。它采用一种直接的天线与层的对应关系，即编码后的第k个子流直接送到第k根天线，不进行数据流与天线之间对应关系的周期改变。如图1.c所示，它的数据流在时间与空间上为连续的垂直列向量，称为V-BLAST(Vertical-BLAST)。由于V-BLAST中数据子流与天线之间只是简单的对应关系，因此在检测过程中，只要知道数据来自哪根天线即可以判断其是哪一层的数据，检测过程简单。 考虑到D-BLAST以及V-BALST模式的优缺点，一种不同于D-DBLAST与V-BLAST的空时编码结构被提出：T-BLAST。等文献分别提及这种结构。它的层在空间与时间上呈螺纹(Threaded)状分布，如图2所示。原始数据流被多路分解为若干子流之后，每个子流被对应的天线发送出去，并且这种对应关系周期性改变，与D-BLAST系统不同的是，在发送的初始阶段并不是只有一根天线进行发送，而是所有天线均进行发送，使得单从一个发送时间间隔来看，它的空时分布很像V-BALST，只不过在不同的时间间隔中，子数据流与天线的对应关系周期性改变。更普通的T-BLAST结构是这种对应关系不是周期性改变，而是随机改变。这样T-BLAST不仅可以使得所有子流共享空间信道，而且没有空时单元的浪费，并且可以使用V-BLAST检测算法进行检测。
天线概述
天线的分类和选择+天线材料选择的.txt 天线分为：1.全向天线2.定向天线（我们接触和用的基本是前两种）3.机械天线4.电调天线5.双极化天线。 下面主要介绍坛友们比较关心的定向和全向天线。感兴趣的朋友可以google或者baidu其他相关天线的详细资料。“相关资料提供下载”中提供简单介绍下载。） 天线介绍： 2.1 全向天线 全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，（使用大功率网卡的朋友注意了，此类天线最好能离人体3米及以上，辐射对人体的伤害就不用说了吧）也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型，覆盖范围大。 2.2 定向天线 定向天线，在在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在移动通信系统中一般应用于城区小区制的站型，覆盖范围小，用户密度大，频率利用率高。 2.2.1个人见解：定向分为反射型和引向型定向 反射型：常见的有：双菱（叠双菱）（跟平板差不多。），长城（跟平板差不多）平板（方向角较大，一般用于覆盖，形用于接收角度广容易调试） 栅格（方向尖锐，常用于点对点）。此类天线主要靠反射信号到达振子来工作。 引向型：常见的有：8木（引导信号到主振子，多余的经反射振子，再次到达主振子）叠双菱是两者都有，主振子信号源：是前面引向菱，后面反射板。主要靠反射，所以定义反射型。 全向天线：常见的有9db.8db. 7db.6db.5db 2db 定向天线：叠双菱（N菱），平板，八木，栅格，卫--星锅，长城，开槽等等 注：排名分前后（个人推荐） 天线的选择： 本帖隐藏的内容需要回复才可以浏览 以上天线介绍主要偏重于发射，个人认为接收的原理和发射原理相类似。发射要考虑一个功率问题，因为如果天线做的不好，在功率过大的情况下，该发射出去的功率没有发射出去就很容易反过来（简单说就是驻波大，导致功率反噬）损坏机器。友情提醒一下：使用大功率路由和网卡的朋友，在不确定自制天线技术指标的情况下，尽量将功率调低一点，够用就好。 关于天线的选择，关键还是要看使用环境。如果是6层以下的小区环境，视野不太开阔20-50米之间就有阻挡物的，建议使用全向或者平板天线。个人推荐：9db,8db,7db，叠双菱，14DB平板。 如果是小高层，或者小区边缘环境（视野开阔，信号在远处）。建议使用八木，14db以上平板。此类天线建议在100-800米范围内使用。
多天线与MIMO技术的发展和应用
多天线与MIMO技术的发展和应用 杨杉杉 北京中网华通设计咨询有限公司，云南普洱 665000 摘要；本文介绍了多天线技术的概念和核心技术，并重点介绍了MIMO技术的特点，在现有通信网种的应用。 关键词：多天线；MIMO；LTE
目录 一、引言 (3) 二、概述 (3) 1 多天线技术的定义 (3) 2 多天线技术的分类 (3) 2.2.1.天线分集技术 (3) 2.2.2.波束赋型技术 (4) 2.2.3.空分复用技术 (4) 三、MIMO技术 (4) 1MIMO技术的定义和原理 (4) 3.1.1.MIMO技术的定义 (4) 3.1.2.MIMO技术的原理 (5) 2MIMO技术的优点 (5) 3.2.1.提高信道容量 (5) 3.2.2.提高信道的可靠性 (5) 3MIMO技术的缺点 (6) 四、MIMO系统的分类 (6) 1按照收发天线的数目进行分类 (6) 4.1.1.SISO (6) 4.1.2.MISO (6) 4.1.3.SIMO (7) 4.1.4.MIMO (7) 2按照实现方式进行分类 (7) 4.3.1.空间复用 (7) 4.3.2.空间分集 (7) 4.3.3.波束赋型 (8) 4.3.4.开环传输 (8) 4.3.5.闭环传输 (8) 五、MIMO技术的应用 (8) 1MIMO技术在3G中的应用 (8) 2MIMO技术在WIMAX中的应用 (9) 3MIMO技术在LTE中的应用 (9) 5.3.1.LTE的MIMO模式协议 (9) 5.3.2.LTE主要支持的多天线类型 (10) 六、小结 (10)
一、引言 2004年12月在3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）组织在多伦多会议上正式启动了UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）技术标准的长期演进LTE（Long Term Evolution)，其中MIMO（Multi-Input & Multi-Output，多输入多输出）作为其关键技术备受关注。 随着中国联通对MIMO技术的广泛应用，以及LTE-FDD商用网的大规模建设，要求我们无线通信设计人员必须清楚MIMO技术的概念和特点，以便于频谱资源和网络配置的规划。本文将逐步介绍多天线技术的概念、MIMO技术特点，以及MIMO技术的应用和发展趋势。 二、概述 1多天线技术的定义 多天线技术顾名思义，就是采用多个天线，区别于传统的无线通信系统，多天线技术是在无线链路的发射端或者接收端采用多个天线或者天线矩阵，也可在发射端和接收端同事采用多个天线或者天线矩阵，以实现频率复用，提高数据传输速率。 2多天线技术的分类 根据不同的实现方式分为天线分集，波束赋型和空分复用三种技术。 2.2.1.天线分集技术 分集技术是用来补偿衰落信道损耗的，它通常通过两个或更多的天线来实现。同均衡器一样，它在不增加传输功率和带宽的前提下，而改善无线通信信道的传输质量。在移动通信中，基站和移动台的接收机都可以采用分集技术。目前常用的分集方式主要有两种：宏分集和微分集。 天线分集是指利用多天线间较低的无线信道的相关性，提供额外的（发射或接收）分集来对抗无线信道的衰落，是一种被用以恢复信号完整度的技术。按天线类型可有空间分集，
多天线与MIMO技术的发展和应用
多天线与MIMO技术的发展和应用 杉杉 北京中网华通设计咨询有限公司，普洱665000摘要；本文介绍了多天线技术的概念和核心技术，并重点介绍了MIMO技术的特点，在现有通信网种的应用。 关键词：多天线；MIMO ; LTE
目录 一、弓丨言 (3) 二、概述 (3) 1 多天线技术的定义 (3) 2 多天线技术的分类 (3) 2.2.1. 天线分集技术 (3) 222.波束赋型技术 (4) 2.2.3. 空分复用技术 (4) 三、MIMO技术 (4) 1 MIMO技术的定义和原理 (4) 3.1.1. MIMO 技术的定义 (4) 3.1.2. MIMO技术的原理 (5) 2 MIMO技术的优点 (5) 3.2.1. 提高信道容量 (5) 3.2.2. 提高信道的可靠性 (6) 3 MIMO技术的缺点 (6) 四、MIMO 系统的分类 (6) 1 按照收发天线的数目进行分类 (6) 4.1.1. SISO (6) 4.1.2. MISO (6) 4.1.3. SIMO (7) 4.1.4. MIMO (7) 2 按照实现方式进行分类 (7) 4.3.1. 空间复用 (7) 4.3.2. 空间分集 (8) 4.3.3. 波束赋型 (8) 4.3.4. 开环传输 (8) 4.3.5. 闭环传输 (8) 五、MIMO技术的应用 (8) 1 MIMO技术在3G中的应用 (8) 2 MIMO 技术在WIMAX中的应用 (9) 3 MIMO技术在LTE中的应用 (9) 5.3.1. LTE的MIMO 模式协议 (9) 5.3.2. LTE主要支持的多天线类型.......................................... 10...... 六、小结........................................................................ 10 ..........
天线基本原理
第一讲天线基本原理 一、天线的基本概念 1．天线的作用 在任何无线电通信设备中，总存在一个向空间辐射电磁能量和从空间接收电磁能量的装置，这个装置就是天线。 天线的作用就是将调制到射频频率的数字信号或模拟信号发射到空间无线信道，或从空间无线信道接收调制在射频频率上的数字或模拟信号。 2．天线问题的实质 从电磁场理论出发，天线问题实质上就是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的电特性。空间任何一点的电磁场满足电磁场方程——麦克斯韦方程及其边界条件。因此，天线问题是时变电磁场问题的一种特殊形式。 从信号系统的角度出发，天线问题可以理解为考察由一个电磁波激励源产生的电磁响应特性。从通信系统的角度出发，天线可以理解为信号发射和接收器，收发天线之间的无线电信号强度满足通道传输方程和多径衰落特性。 3．对天线结构的概念理解 采用不同的模型，对天线可以有不同的理解。典型的模型比如： ●开放的电容 [思考] 野外电台或电视发射塔，无线电视或电台接收机，为什么能构成一个天线，其电流回路在什么地方？ ●开放的传输线 从传输线理论理解，天线可以看做是将终端开路的传输线终端掰开。 ●TM mn型波导 将天线辐射看做是在4π空间管道中传输的波导，则对应的传输波型是TM型波，但在传输过程中不断遇到波导的不连续性，因此不断激励高次模。
由电磁波源和电磁波传输媒质形成电磁波传输的机构 波的形成都需要波源和传输媒质。在一盆水中形成机械波纹，可以使用点激励源产生波，并在水面上传播。波的传播特性只与媒质特性有关而与波源无关。将一个肉包子扔出去，这个肉包子可能产生不同的结果，或者被狗吃了，或者掉在什么地方了，都与扔包子的人不再有任何关系。而对天线来说，馈点的激励源就是这种波源，天线导体和外界空间就是传输媒质。不过电磁波的传输媒质可以是真空。 [思考] 电磁波具有波粒二象性。频率越低，波动性越强；频率越高，粒子性越强。所以光波主要表现出粒子性，而长波表现出波动性。射频电磁波就是介于这二者之间的一种电磁波，它既有显著的波动性，又有显著的粒子性。只要认清这一点，许多问题就会变得易于理解。认清事物的本质规律我们才能很好地利用它，我们不能把一头驴当马使，否则就会出现许多荒唐的错误。有人认为射频很复杂，有人认为很简单，就是这个道理。 [哲学启示] 电磁波由于看不见，摸不着，所以在很多人看来它很抽象。但考虑到世界是普遍联系的，尽管不同的事物也有许多不相同点，但找到它们之间的联系，就能获得认识抽象事物的“火眼金睛”。 二、电磁场基本方程 1．麦克斯韦方程 （电生磁。若电场变化，则磁场随之变化） （磁生电。若磁场变化，则电场随之变化） （磁力线是无始无终的封闭闭合曲线） （电力线出发和终止于自由电荷） 麦克斯韦方程的物理含义：变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场，这是电磁波可以脱离辐射体在空间存在的物理基础。 [思考] 自然界存在一些有趣的现象，尽管机理与电磁波不完全一致，但是其过程却可以帮助我们加深对我们问题的理解。请大家考虑一下，孩童吹肥皂泡时，肥皂泡能够
patch天线相关知识
GPS天线概述 GPS就是通过接受卫星信号，进行定位或者导航的终端。而接受信号就必须用到天线。 GPS卫星信号分为L1和L2，频率分别为1575.42MHZ和1228MHZ，其中L1为开放的民用信号，信号为圆形极化。信号强度为-125~-130dBm左右，属于比较弱的信号。 这些特点决定了要为GPS信号的接受准备专门的天线。 分类 ⒈从极化方式上GPS天线分为垂直极化和圆形极化。 以现在的技术，垂直极化的效果比不上圆形极化。因此除了特殊情况，GPS天线都会采用圆形极化和线性极化。 ⒉从放置方式上GPS天线分为内置天线和外置天线。 天线的装配位置也是十分重要。早期GPS手持机多采用外翻式天线，此时天线与整机内部基本隔离，EMI几乎不对其造成影响，收星效果很好。现在随着小型化潮流，GPS天线多采用内置。此时天线必须在所有金属器件上方，壳内须电镀并良好接地，远离EMI干扰源，比如CPU，SDRAM，SD卡，晶振，DC/DC。 车载GPS的应用会越来越普遍。而汽车的外壳，特别是汽车防爆膜会GPS信号产生严重的阻碍。一个带磁铁（能吸附到车顶）的外接天线对于车载GPS来说是非常有必要的。 3.从供电方面又分有源和无源。 外置式GPS为有源天线，比方达伽马GPS外置式天线基本上就属于有源天线。那无源天线就是不含LNA放大器，只是天线本体。 构造 绝大部分GPS天线为右旋极化陶瓷介质，其组成部分为：陶瓷天线、低噪音信号模块、线缆、接头。 其中陶瓷天线也叫无源天线、介质天线、PATCH，它是GPS天线的核心技术所在。一个GPS天线的信号接受能力，大部分取决与其陶瓷部分的成分配料如何。 低噪声信号模块也称为LNA，是将信号进行放大和滤波的部分。其元器件选择也很重要，否则会加大GPS信号的反射损耗，以及造成噪音过大。 线缆的选择也要以降低反射为标准，保证阻抗的匹配。 性能
天线增益简介概要
天线增益 目录 编辑本段简介 天线增益英文名称：antenna gain 天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向过程，增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量。另外，表征天线增益的参数有dBd和dBi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。一般地，GSM定向基站的天线增益为18dBi，全向的为11dBi。 编辑本段原理 可以这样来理解增益的物理含义------ 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W 的输入功率，而用增益为G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。 如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是dBd 。 半波对称振子的增益为G=0dBd （因为是自己跟自己比，比值为 1 ，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为G=8.15 – 2.15=6dBd 。 天线增益的若干计算公式: 1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益：
天线增益 - 含义介绍概要
天线增益 - 含义介绍 天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以这样来理解增益的物理含义 ------ 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要 100W 的输入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为 G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为 G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源。 如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是 dBd 。 半波对称振子的增益为 G=0dBd （因为是自己跟自己比，比值为 1 ，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为 G=8.15 – 2.15=6dBd 。 天线增益 - 计算公式 天线增益的若干计算公式 1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益： G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）} 式中， 2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度； 32000 是统计出来的经验数据。 2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：
G（dBi）=10L g{4.5×（D/λ0）2} 式中， D 为抛物面直径； λ0为中心工作波长； 4.5 是统计出来的经验数据。 3）对于直立全向天线，有近似计算式 G（dBi）=10Lg{2L/λ0} 式中， L 为天线长度； λ0 为中心工作波长；
无线电通信天线增益的计算概要
增益是指:在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。 可以这样来理解增益的物理含义------ 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的 信号,如果用理想的无方向性点源作为发射天线,需要100W 的输入功率,而用增益为G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时,输入功率只需100 / 20 = 5W 。换言之,某天线的增益,就其最大辐射方向上的辐射效果来说,与无方向性的理想点源相比,把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列,构成一个垂直四元阵,其增益约为G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源。 如果以半波对称振子作比较对象,其增益的单位是dBd 。 半波对称振子的增益为G=0dBd (因为是自己跟自己比,比值为1 ,取对数得零值。垂直四元阵,其增益约为G=8.15 –2.15=6dBd 。 天线增益的若干计算公式 1天线主瓣宽度越窄,增益越高。对于一般天线,可用下式估算其增益: G(dBi=10Lg{32000/(2θ3dB,E×2θ3dB,H} 式中,2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度; 32000 是统计出来的经验数据。 2对于抛物面天线,可用下式近似计算其增益: G(dBi=10Lg{4.5×(D/λ02}
式中,D 为抛物面直径; λ0为中心工作波长; 4.5 是统计出来的经验数据。 3对于直立全向天线,有近似计算式 G(dBi=10Lg{2L/λ0} 式中,L 为天线长度; λ0 为中心工作波长; 关于天线的db, dBi,dBd等单位 有些朋友往往比较容易混淆这些单位,dB取的都是以对数值为基础的。 (1dB,这单纯是一个相对值,也就是说A比B的值的对数。常常用于说A比B 高或低多少dB, 但是单独说A的增益是多少dB,是不合理的,因为我们不知道B是 什么。只是我们许多同好有时为了简省就口头说多少dB了,但这样是不够确切的, 不过常常也就将错就错,默认理解为dBi吧,要么您就再问问清楚。 (2dBd,这是有标准参考值的,即B规定为自由空间的半波偶极子天线,这样A与B的值比起来就有来统一的参照物,您告诉同好这个天线10dBd,他就明白您的天线比半波偶极子天线在主辐射方向上能聚集10倍的能量,即好10倍。 (3dBi,这个单位的含义相对复杂了点,但是它最能表达实际环境情况的比值单位,这里参照物B是以点源振子(实际不存在此物,可以看作是相对波长很短的一小段振子,或叫微分段吧,在标准的定义中这个点源振子应该是理想球状的全方向性辐射,这时与dBd 就有一定的数学关系了,即1dBd=2.14dBi。然而实际上绝大多数的天线都会受安装高度
(完整版)LTE多天线技术
个人也是学习中，算不上高手，说下我的理解： 1、最早的多天线技术出现在接收端多天线接收，由于在接收端有多天线，可以形成多条接收通道,从而可以对抗无线信道的深度衰落，显然嘛：多条接收通道同时处于深度衰落的可能性肯定是小于单条接收通道 处于深度衰落的可能性，这样就能改善传输质量，提高无线传输的可靠性。这种技术又叫“收分集”技术，可以应用在基站或手机侧，而且显然由于不涉及到互操作，所以也不用标准化。从而最先在无线系统中使 用。因为不用标准化，所以在LTE中我们就没有看到这方面的内容。 2、“收分集”技术的应用又给了人们启发：如果手机接收端部署多天线，显然对手机的成本和复杂度是有提 高的。能否把多天线部署在发射端来提高接收端的信道可靠性呢？这样一来：手机只用单个天线，复杂度 和成本都在基站一侧，由系统侧承担，岂不乐哉?然而问题随之而来：如果发射端单纯的用多天线发射相同 的数据流，它们实际上是相互干扰的，不但起不了分集的作用，而且可能会相互抵消！要多天线发射起到提供增益，而不相互打架，就需要特别的信号处理技术。 (以下都两天线发射为例，H表示复数的共轭,exp()表示一个复数，） 牛人1: Alamouti 天线1发射{x1, x2, .......} 天线2发射{-H(x2),H(x1), .......} 这种发射编码方案相当于在形成2个正交的信道(为啥？)，从而可以提高传输可靠性 这种发射编码方案被用在LTE中就是Mode 2“发射分集”方案 牛人2: 无名 天线1发射{x1, x2, .......} 天线2发射{x1*exp(b1),x2*exp(b2), .......} 这种发射编码方案天线1正常发射，天线2把数据加上一个大的相位偏移后再发射 相当于在信道中人为造成多径效应(为啥？)，从而可以提高传输可靠性 这种发射编码方案被用在LTE中就是CDD“分集”方案，LTE中CDD不单独使用，只和空间复用技术结合在一起使用。 牛人3: 无名 天线1发射{x1, x2, .......} 天线2发射{x1*exp(B1),x2*exp(B2), .......} 这种发射编码方案天线1正常发射，天线2把数据加上一个相位偏移后再发射。不同于牛人2中的"相位偏移"是事先规定好的，这里的相移是根据某个具体UE的信道实时计算出来的。它不同于CDD方案：发射在空间中是各向同性的，对所有UE是平等的；这个方案的发射是为了对准某个具体UE，从而使特定UE的接收增强，其它UE接收很弱。 这种发射编码方案被用在LTE中就是Mode 7“Beamforming波束成形”方案 3．搞完了上面的“收分集”和“发分集”技术后，人们又开始妄想。。。。 是否能把发射端多天线和接收端多天线结合起来，不仅用来提高传输可靠性，还能并行传输多个数据流啊？ 原理如下：两天线发射+两天线接收时，不时有4个信道吗，记为h11,h12,h21,h22 学过解线性方程组吧： h11*x1+h12*x2 = y1 h21*x1+h22*x2 = y2 当向量[h11,h12]和向量[h21,h22]线性无关时，以上的方程可以解出来。 也就是说：当信道线性无关时，并行传输2个数据流是可以的。这就叫空间复用 又为了降信号间的干扰，提高接收的可靠性，在发射端先乘上一个复矩阵后再发射 这个复矩阵通常是个正交复矩阵或CDD矩阵
天线增益原理及不同类型天线的增益效果
天线增益原理及不同天线类型的增益效果 为什么网络信号弱、速率低、时断时续？为什么部署了大量的AP，但是还有地方信号不好，而有的地方信号多到互相干扰？为什么布置了大增益的天线，结果还未能得偿所愿？ 无线不同于有线，若想建设一张高品质的Wi-Fi网络，我们需要对天线的“习性”加以了解。所以今天小编就带着大家一起来学习一下天线增益。 天线如何获得增益？ 首先，天线是“无源器件”，所以天线本身并不能给AP的信号增加能量。然而我们一提到天线，最重要的指标就是说天线的“增益”，那么天线是如何获得信号强度的“增益”呢？答案就是，靠控制信号发射的角度。 这个原理有些类似于手电筒，手电筒靠一面凹镜，让光线都集中在某一角度，来让光线照到更远的地方。手电筒及电池相当于AP设备本身，而手电筒的灯泡和凹镜就相当于我们的天线。如果摘掉手电筒的凹镜，那么就相当于使用一个增益很小的全向天线，光线照射很分散，覆盖距离很近；有了凹镜，则相当于使用了一个高增益的定向天线，光线集中，覆盖距离很远。 信号总的能量是由AP决定的，天线则决定让这些能量集中在某个角度内，这个角度越小，能量聚集度越高，获得的信号“增益”也就越大，信号覆盖的距离越远；反之，如果覆盖角度越大，能量聚集度越低，信号覆盖的距离越近。这就是天线获得增益的基本原理。 全向天线 全向天线，一般指的是水平各个方位增益相同的天线，即水平方向360度覆盖。水平方向增益的增加，是依靠垂直方向增益的减少来实现的。可以认为，全向天线增益越大，水平方向上覆盖的范围也就越大，垂直方向上覆盖的范围越小。 全向天线一般应用于室内环境，绝大多数室内型AP自带的天线也都是全向天线。
天线工作原理与主要参数
天线工作原理与主要参数 一、天线工作原理与主要参数
天线是任何一个无线电通信系统都不可缺少的重要组成部分。合理慎重地选用天线，可以取得较远的通信距离和良好的通信效果。 (一)天线的作用
各类无线电设备所要执行的任务虽然不同，但天线在设备中的作用却是基本相同的。任何无线电设备都是通过无线电波来传递信息，因此就必须有能辐射或接收电磁波的装置。所以，天线的第一个作用就是辐射和接收电磁波。当然能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。例如任何高频电路，只要不是完全屏蔽起来的，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或者从周围空间或多或少地接收到电磁波。但是，任意一个高频电路并不一定能作天线，因为它辐射和接收电磁波的效率很低。只有能够有效地辐射和接收电磁波的设备才有可能作为天线使用。天线的另一个作用是”能量转换”。大家知道，发信机通过馈线送入天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无线电波送入收信机，这里有一个能量的转换过程，即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射。反之在接收时，也是通过收信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。显然这里有一个转换效率问题。天线增益越高，则转换效率就越高。 (二)天线的分类
天线的形式繁多，按其用途可以分为发信天线和收信天线；按使用波段可以分为长、中、短、超短波天线和微波
天线、微带天线等。此外，我们还可按其工作原理和结构来进行分类。
为便于分析和研究天线的性能，一般把天线按其结构形式分为两大类：一类是半径远小于波长的金属导线构成的线状天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线。线状天线主要用于长、中、短波频段，面状天线主要用于厘米或毫米波频段；甚高频段一般以线状天线为主，而特高频段则线、面状天线兼用。线状天线和面状天线的基本工作原理是相同的。 (三)天线的工作原理
天线本身就是一个振荡器，但又与普通的LC振荡回路不同，它是普通振荡回路的变形。图1-9示出了它的演变过程。图中LC是发信机的振荡回路。如图1-9(a)所示，电场集中在电容器的两个极板之中，而磁场则分布在电感线圈的有限空间里，电磁波显然不能向广阔空间辐射。如果将振荡电路展开，使电磁场分布于空间很大的范围，如图1-9(b)、(c)所示，这就创造了有利于辐射的条件；于是，来自发信机的、已调制的高频信号电流由馈线送到天线上，并经天线把高频电流能量转变为相应的电磁波能量，向空间辐射，如图1-9(d)所示。
电磁波的能量从发信天线辐射出去以后，将沿地表面所有方向向前传播。若在交变电磁场中放置一导线，由于磁力线切割导线，就在导线两端激励一定的交变电压——电动势，其频率与发信频率相同。若将该导线通过馈线与收信机相连，在收信机中就可以获得已调波信号的电流。因此，这个导线就起了接收电磁波能量并转变为高频信号电流能量的作用，所以称此导线为收信天线。无论是发信天线还是收信天线，它们都属于能量变换器，“可逆性”是一般
天线设计毕业论文概要
第一章绪论 一、绪论 1.1课题的研究背景及意义 自古至今，通信无时无刻不在影响着人们的生活，小到一次社会交际中的简单对话；大到进行太空探索时，人造探测器与地球间的信息交换。可以毫不保留地说，离开了通信技术，我们的生活将会黯然失色。近年来，随着光纤技术越来越成熟，应用范围越来越广。在广播电视领域，光纤作为广播电视信号传输的媒体，以光纤网络为基础的网络建设的格局已经形成。光纤传输系统具有的传输频带宽，容量大，损耗低，串扰小，抗干扰能力强等特点，已成为城市最可靠的数字电视和数据传输的链路，也是实现直播或两地传送最经常使用的电视传送方式。随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的现代通信技术引起了人们的极大关注，我国在移动通信技术方面投入了巨大的人力物力，我国很多地区的电力通信专用网也基本完成了从主干线向光纤过度的过程。目前，电力系统光纤通信网已成为我国规模较大，发展较为完善的专用通信网，其数据、语音，宽带等业务及电力生产专业业务都是由光纤通信承载，电力系统的生产生活，显然，已离不开光纤通信网。无线通信现状另一非常活跃的通信技术当属，无线通信技术了。无线通信技术包括了移动通信技术和无线局域网（WLAN ）技术等两大主要方面。移动通信就目前来讲是3G 时代，数字化和网络化已成为不可逆转的趋势。目前，移动通信已从模拟通信发展到了数字移动通信阶段。无线局域网可以弥补以光纤通信为主的有线网络的不足，适用于无固定场所，或有线局域网架设受限制的场合，当然，同样也可以作为有线局域网的备用网络系统。WLAN ，目前广泛应用IEEE802.11 系列标准。其中，工作于2.4GHZ 频段的820.11 可支持11Mbps 的共享接入速率；而802.11a 采用5GHZ 频段，速率高达54Mbps ，它比802.11b 快上五倍，并和820.11b 兼容。给人们的生活工作带来了很大的方便与快捷。 在整个无线通信系统中，用来辐射或接收无线电波的装置成为天线，而通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备都是通过无线电波来传递信息的，均需 要有无线电波的辐射和接收，因此，同发射机和接收机一样，天线也是无线电技术设备的一个重要组成部分，其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波，但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低，要能够有效地辐射或接收电磁波，天线在结构和形式上必须满足一定的要求。快速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能(多频段、多极化、高性能的天线。微带天线作为天线家祖的重要一员，经过近几十年的发展，已经取得了可喜的进步，在移动终端中采用内置微带天线，不但可以减小天线对于人体的辐射，还可使手机的外形设计多样化，因此内置微带天线将是未来天线技术的发展方向之一，设计出具有小型化的微带天线不但具有一定的理论价值而且具有重要的应用价值，这
通俗易懂的MIMO技术简介
通俗易懂的MIMO技术简介 MIMO概述 MIMO技术已经广泛应用在许多现代通信标准中，特别是消费领域。原因是相对于SISO，MIMO技术有很明显的优势。 MIMO是多路输入多路输出的意思，指的是当一个报文在发射端被一根或者多跟天线传输，而在接收侧被一根或者多根天线接收的情况。与之比对的是单输入单输出（SISO），SISO 指发送和接收都用1根天线，而另外有种说法叫单输入多输出（SIMO），SIMO指发送用一根，接收有多根天线。 可能有人会对SIMO的输入和输出定义有点奇怪，其实这是因为当初在贝尔实验室最开始定义这个名称时，工程师在发送和接收侧都是分别测试的，而不是整个无线链路测试，因此他们把“IN”定义为发送功能，“OUT”定义为了接收，一直沿用至今。 什么是多天线技术？ 在发送和接收侧的多天线引入了信号自由度的概念，这在SISO系统是没有的。这里的自由度主要指的是空间自由度。这种空间自由度可以被定义三种，分别为“分集”，“复用”或者这两种的组合。
分集（diversity ） 简单点来说，分集意味着重复：举个例子，多根天线接收同一个信号，就代表发射分集。由于每根天线在接收数据时也接收到了各自的噪声，但由于各个噪声的不相关性，合并多个天线信号能够消除部分噪声，从而得质量更好的信号。打个比方，如果从两个不同的方面来看同一个物件，那么得到的评价也会更可靠。需要说明的是，分集并不一定要多个接收天线才能实现，后面就会讲到，分集也可以使用多个发送天线通过空时编码（STC ）技术来实现。 空间复用（Spatial Multiplexing ） 第二个主要的MIMO 技术为空间复用，空间复用可以在不增加带宽和发送功率的情况下通过成对的MIMO 发送、接收来增加系统吞吐量。空间复用增加的吞吐量与发送或接收天线数目（较少的那个）成线性关系。空间复用中，每个传输天线发送不同的bit 流信息，每个接收天线收到来自所有传输天线的线性综合信息。这样，整个无线信道构成一个矩阵，由发射和接收天线阵列组成，反射和散射等信道传输因素也考虑在里面。而当这个MIMO 系统在一个散射特别强的环境中运行时，信道矩阵就可逆，（这是因为丰富的散射让矩阵行列不相关），这样接收译码出来的信号就有多路增益。 ????? ???????????????????=4321*44342414343323134232221241312111 Y Y Y Y 4321x x x x h h h h h h h h h h h h h h h h 总结：分集可以获得信号增益，而空间复用能够提升系统吞吐量。需要说明的是，MIMO 系统中需要权衡分集和复用所能带来的增益，一个典型的MIMO 系统，根据无线信道条件可
天线增益原理
天线增益原理 一、什么是增益天线 作为增益天线的基本属性，在一般情况下，增益的强弱将影响到天线辐射或接收无线信号的能力。也就是说，在同等条件下，增益越高，无线信号传播距离就越远。增益的单位为dBi，室内天线大多为4dBi～5dBi，室外天线大多为8.5dBi～14dBi。 通常情况下，由于增益的大小与无线带宽成反比，即增益越大，其带宽就越窄；增益越小，带宽则较大。因此，较大增益的天线主要用于远距离传输，而小增益天线则更适合于无线信号大覆盖范围的应用环境。目前在无线网络应用中，天线分为点对点应用、点对多点应用两种，用户可根据不同的应用范围选择不同类型的无线天线，使无线信号能够顺利地被各个无线设备接收和发送。 二、天线增益的作用 天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向过程，增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量。
三、天线增益的原理 可以这样来理解增益的物理含义：在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W 的输入功率，而用增益为G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。 如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是dBd 。 半波对称振子的增益为G=0dBd （因为是自己跟自己比，比值为1 ，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为G=8.15 –2.15=6dBd 。 四、天线增益分析 为了比较天线接收信号的能力优劣。把无方向性的半波振子天线(其方向为两个圆）的灵敏度定位0db，相比之下，灵敏度高方向性好的天线就出现了增益。 理想的全向天线的增益定义为1，实际上所谓理想的全向天线在现实世界是不存在的，但是在此理想的条件下，可以很容易计算出在空间的微波功率分布情况。与发射功率相同的一个实际的天线的最大辐射指向位置测得的功率相比，就可以得出天线的增益。 天线的增益和有源电路的增益是有根本区别的。 天线增益的测量. 测试设备为信号源，频谱仪或其他信号接收设备和点源辐射器。 1．先用理想（当然是近似理想）点源辐射天线，加入一功率；然后再距离天线一定的位置上，用频谱仪或接收设备测试接收功率。测得的接收功率为P1 2．换用被测天线，加入相同的功率，在同样的位置上重复上述测试，测得接收功率为P2;